«Секретное оружие» третьего рейха ныне доступно каждому (часть вторая — сугубо научная)

В предыдущей статье речь шла об устройствах динамической обработки и их авторской классификации. Настало время рассмотреть отдельные классы устройств более подробно. Однако для облегчения этой задачи необходимо сказать несколько слов о так называемой амплитудной характеристике прибора, которая является главным средством для описания и изображения действия приборов динамической обработки.

Амплитудной характеристикой некоего устройства называется зависимость уровня сигнала на выходе этого устройства от уровня сигнала, приходящего на его вход.

Удобнее всего эта зависимость отображается в виде графика, по горизонтальной оси которого откладывается уровень входного сигнала, а по вертикальной – уровень выходного сигнала. Масштаб по обеим осям, как правило, логарифмический, то есть с линейной в децибелах шкалой. Примером может служить рис. 7а, на котором изображено семейство характеристик некоего предварительного усилителя при усилении в 20, 30 и 40 дБ.

Рис. 7а. Семейство амплитудных характеристик микрофонного усилителя. Виден «загиб» из-за перегрузки.

Из рисунка видно, что у линейного усилителя, пока он не перегружен, выходной уровень увеличивается или уменьшается на то же число децибел, на которое изменяется уровень входного сигнала (т. е. соотношение приростов выходного и входного сигналов составляет 1:1).

Усилитель так и должен себя вести. Но при уровне выходного сигнала в +22 дБм¹ начинается перегрузка – выходной сигнал перестает расти вместе с увеличением входного (кривые "загибаются"). При этом перегруженный усилитель сильно искажает форму волны  сигнала,  "срезая" ("клиппируя") верхние и нижние части волны (см. рис. 6 в первой части статьи). Ясно, что чем больше усиление, тем меньший входной сигнал вызовет перегрузку. Для данного усилителя при усилении в 20, 30 и 40 децибел порогами перегрузки по входу будут соответственно +2, -8 и -18 дБм. "Резкость" клиппирования (клиппирование еще называют безинерционным ограничением², в противоположность инерционному, или лимитированию - см. ниже) может быть различной - "срезанные" верхушки могут быть как совершенно плоскими, так и сохранять ту или иную выпуклость (что лучше). Звук будет искажен в любом случае, несколько меняется лишь степень неприятности этих искажений.

Приведенные выше рассуждения относятся к подаче на вход усилителя простейшего сигнала - синусоидальной волны, но они справедливы и для любого другого сигнала с той оговоркой, что при определении порога перегрузки нужно брать пиковое, а не усредненное значение уровня сигнала³.

Так вот, лимитером (или инерционным ограничителем) называется устройство, на амплитудной характеристике которого (рис. 7б) есть участок, внешне напоминающий участок перегрузки рассмотренного выше усилителя с той лишь "маленькой разницей", что форма сигнала при этом остается в целости и сохранности (см. рис. 6 в первой части статьи, нижнюю кривую) по крайней мере до тех пор, пока не начнется клиппирование во входных цепях. (В левом нижнем углу амплитудных характеристик тоже можно увидеть горизонтальную часть кривой. Это уровень собственного шума на выходе прибора, и очевидно, что выходной сигнал не может уменьшиться ниже этого предела, как бы ни был мал сигнал на входе).

— Как же такое возможно? — спросит читатель.

Все очень просто: в лимитере есть некоторый компонент, который чисто электронным путем (т.е. без движущихся частей) изменяет свой коэффициент усиления (или ослабления)⁴, и схема управления (см. рис. 8 а, б), которая при достижении сигналом определенного порогового уровня (на рис. 7б это 0 дБм) начинает подавать управляющее напряжение на управляемый элемент, уменьшая его коэффициент усиления и тем самым ослабляя сигнал на его выходе. Можно сказать, что это автоматический фейдер, который управляется самим сигналом, и работает в тысячи раз быстрее, чем ваши руки.

Рис. 7б. Амплитудная характеристика лимитера с порогом лимитирования, установленным на 0 дБм: выше этого уровня выходной сигнал увеличится не может.

Схема управления (иногда ее называют "боковой ветвью" - англ. Side Chain) может измерять уровень сигнала как на входе (рис. 8а), так и на выходе управляемого элемента (рис. 8б). Первая структура называется "схема с прямой регулировкой", вторая - "схема с обратной регулировкой". Эти две структуры являются сердцем почти всех устройств динамической обработки.

Рис. 8а. Устройство прибора динамической обработки (лимитера, компрессора, и т.д.) использующего принцип прямого регулирования. Обратите внимание на линию задержки, нарисованную штриховыми линиями – она позволяет избежать выбросов при срабатывании. Треугольники слева и справа – это входной и выходной усилители, которые принципиальной роли не играют. Обработка производится средней частью схемы – управляемым усилителем (VCA), который в свою очередь, управляется от схемы управления (боковой ветви).

Рис. 8б. Устройство прибора динамической обработки (лимитера, компрессора, и т.д.) использующего принцип обратного регулирования. Все то же самое, но линии задержки нет (здесь она бесполезна), а сигнал для схемы управления берется с выхода управляемого усилителя.

¹ Это типичный порог перегрузки полупроводниковой электроники как по входам/выходам, так и для сигналов "внутри" прибора. Поэтому не удивляйтесь, что если вы выкрутите ручку входного усиления до +15 дБ", то перегрузка по входу начнется уже при сигнале с пиковым уровнем всего лишь + 7 дБм (а не + 20...24 дБм, как написано в описании).

² Этим ученым термином именуется обычная перегрузка, с той лишь разницей, что устройство, в котором она возникает, имеет стабильные и симметричные пороги этой самой перегрузки.

³ Как уже говорилось, "среднепотолочная" разница между пиковым и средним уровнями сигнала (пик-фактор) составляет примерно 12 дБ.

⁴ Такая штука называется усилителем с коэффициентом усиления, управляемым напряжением. УНУ или по-английски VCA - Voltage-Controlled Amplifier. Подавая управляющее напряжение на это устройство, можно менять его коэффициент усиления (или ослабления). Способов построить такой элемент много, начиная от применения резисторов, сопротивление которых зависит от яркости света, которым они освещаются, до использования вакуумных ламп с переменной крутизной. Идеального или хотя бы хорошего во всех отношениях VCA не существует, самой большой проблемой является недостаточный динамический диапазон, или отношение максимального неискаженного входного сигнала к шуму. Если динамический диапазон лучших микрофонов составляет 140 - 150 дБ, и даже больше, то лучшие VCA с трудом дотягивают до 120 децибел. Стандартные VCA, применяющиеся в большинстве приборов, имеют динамический диапазон по входу около 100 децибел. Следовательно, при обеспечении запаса по перегрузке на 20 дБ, уровень шума составит примерно - 80 дБ, что не слишком-то хорошо, учитывая последующее сжатие динамического диапазона, сопровождающееся уменьшением уровня сильных сигналов, а следовательно, ростом заметности шумов. Мало того, у многих VCA есть такой недостаток, как возрастание уровня шума в присутствии сигнала (как в аналоговом магнитофоне). Это возрастание и без того заметного шума может достигать 10...15 дБ, приводя к своеобразной "замыленности" звука. Наиболее неприятно при этом то, что шум пульсирует с каждой полуволной сигнала, то есть очень быстро, что резко увеличивает его неприятность - лучше уж иметь больший шум, но зато постоянный по величине. Естественно, в паспортах и описаниях приборов это малоприятное явление зачастую обходится молчанием и обнаруживается, как всегда, в самый неподходящий момент.

Кроме управляемого элемента и схемы управления им в состав реального прибора входят также входной и выходной усилители⁵, индикаторы, и т. д., но разговор о них пойдет при рассмотрении конкретных приборов, а здесь важно понять саму идею.

Чтобы избежать искажений, вызываемых слишком резкими изменениями усиления, схема управления строится таким образом, что за один период волны входного сигнала коэффициент усиления управляемого элемента практически не изменяется, то есть она делается инерционной. Если этой инерционности не будет совсем, то лимитер превратится в клиппер со всеми его недостатками (будет сильно искажать звук). Если же инерционность будет слишком велика, то при резком нарастании уровня входного сигнала схема управления не успеет отреагировать и лимитер пропустит пик на выход (рис. 9а).

Рис. 9а. Пример появления выброса при срабатывании лимитера. Время срабатывания достаточно мало, примерно 0,2 – 0,3 миллисекунды (1/5000 – 1/3000 секунды), но испытательный сигнал с частотой 12,5 кГц нарастает мгновенно, поэтому выброс становится заметен.

Поэтому схема управления обычно делается так, чтобы при нарастании уровня входного сигнала ее инерционность была наименьшей, а при убывании уровня напряжение, управляющее усилением, спадало медленнее. Эти интервалы времени называются соответственно временем срабатывания (Attack time) и временем восстановления (Decay time)⁶. Типичное время срабатывания лимитера не превышает 1/1000 секунды, или 1 миллисекунды, время восстановления - порядка долей секунды. Кроме того, иногда управляющее напряжение "замораживается" на некоторое время (Hold time) после пика, а восстановление усиления при этом происходит довольно быстро. Таким образом, удается примерно вдесятеро ускорить процесс восстановления, чтобы "дыра", или провал в звуке, после подавления пика был менее заметен на слух. На рис. 9б и 9в показано действие лимитера в обоих случаях.

Рис. 9б. Пример образования «дырки» в звуке после прохода пика сигнала, вызвавшего срабатывание лимитера. Уровень выходного сигнала восстанавливается в течение двух-трех десятых секунды (время восстановления примерно 0,2 сек). Уже такая «дырка» хорошо заметна на слух. Парадокс, но при увеличении времени восстановления работа лимитера улучшается, так как его срабатывание становится реже. Поэтому время восстановления в лимитерах иногда достигает 5–10 секунд. Ещё одно замечание: вначале нарастания входного сигнала, на осциллограмме выходного сигнала виден маленький пик — это выброс при срабатывании лимитера (см. рис. 9а).

Рис. 9в. Пример работы лимитера с удержанием и быстрым восстановлением. Сигнал восстанавливается гораздо быстрее, поэтому провалы громкости вслед за громкими звуками мало заметны на слух. Средняя громкость при работе этого лимитера при прочих равных условиях оказывается больше, чем в предыдущем случае (см. рис. 9б).

Если выбросы на выходе лимитера абсолютно недопустимы, например, при цифровой записи, то либо в схему управления ставят некое устройство "предсказания", которое с опережением уменьшает коэффициент усиления, либо дополняют лимитер клиппером, порог клиппирования которого на 1-2 дБ выше номинального уровня лимитера. Конечно, в момент выброса клиппер исказит сигнал, но это искажение столь кратковременно (тысячные доли секунды), что на слух практически незаметно.

Кроме того, при выполнении лимитера по схеме с "прямым" регулированием есть интересная возможность установить на входе управляемого элемента линию задержки (на рис. 8а она показана штриховыми линиями), задерживающую входной сигнал на время, равное времени срабатывания схемы управления. Тогда к моменту прихода пика сигнала на управляемый элемент, сработает схема управления, и усиление уже будет уменьшено до требуемой величины, а следовательно, ни выбросов, ни искажений не возникнет. Однако такое решение не из самых дешевых – хорошую линию задержки с большим соотношением сигнал/шум сделать непросто. Большинство лимитеров строится по схеме с обратным регулированием, поскольку при этом легче обеспечить стабильность и точность задания порога ограничения, а проблема выбросов либо просто игнорируется, либо решается вышеописанными способами. При обратном регулировании есть еще одна проблема: поскольку такая структура представляет собой схему авторегулирования с обратной связью, то в ней могут возникнуть автоколебания или "звон" (волнообразные изменения уровня) при переходных процессах во время срабатывания (на рис. 9г приведена осциллограмма напряжения на выходе такого горе-лимитера).

Рис. 9г. Лимитер со «звоном» при срабатывании. Звук от этого, как правило, лучше не становится.

Этот "звон", если он превышает примерно 1 дБ по уровню и 1/50 секунды по длительности до затухания, может быть заметен на слух как всхлипывание (однако именно "звон" такого типа, но еще большей глубины и длительности часто желателен в гитарных компрессорах для подчеркивания атаки).

Существенное значение имеет тип измерителя уровня в схеме управления: пиковый (РРМ) или усредняющий (VU, RMS). Усредняющий лучше отслеживает громкость сигнала, но не гарантирует полной защиты от перегрузок, а пиковый - гарантирует.

Поэтому в лимитерах практически всегда применяют пиковые измерители (иногда тип измерителя можно переключать, но не совсем понятно, зачем это надо). В схемах управления компрессорами чаще всего встречается выпрямитель, представляющий собой нечто среднее между усредняющим и пиковым, хотя иногда можно выбрать тип выпрямителя специальным переключателем (RMS/Peak, VU/Peak или что-нибудь в этом роде). Что касается постоянных времени (Attack/Hold/Release Time), то плавная их регулировка в лимитерах предусматривается редко. Обычно стоит переключатель на несколько положений — пресетов (Fast/Medium/Slow) и выключатель ограничителя выбросов срабатывания (если такой имеется, например, Peak Clip On/Off). Срабатывание лимитера часто индицируется красным огоньком на панели прибора.

Наиболее важными характеристиками лимитера являются пределы регулировки порога лимитирования, диапазон инерционного ограничения (то есть диапазон неискажающего ограничения уровня сигнала, или диапазон имитирования), степень постоянства выходного уровня при ограничении (или степень сжатия), максимальный входной уровень и уровень шума. Имеют также значение искажения до начала ограничения и при сильном ограничении (порядка 20 дБ). По мнению автора, хорошим можно назвать лимитер, порог лимитирования которого можно регулировать от - 20 дБм до +20 дБм, с диапазоном лимитирования более 40 дБ (при пороге - 20 дБм)7, изменением выходного уровня на участке лимитирования не более 1 дБ (степенью сжатия более 40), максимальным входным уровнем +22…+25 дБм, уровнем шума и фона -90... -95 дБм, сохраняющимся неизменным при максимальном входном сигнале, искажениями до начала ограничения не более 0,03% и при ограничении на 20 дБ - порядка 0,2% при частоте входного сигнала в 50... 100 Гц (а не на частоте 1 кГц, где обычно все в порядке). Естественно, должно быть обеспечено отсутствие выбросов и "звона" уровня при срабатывании. Замечу, что одновременное выполнение этих требований дается непросто, и в мире очень мало приборов, реально удовлетворяющих этим критериям.

⁵ Как правило, в реальном приборе это ядро из управляемого элемента и схемы управления обрамляется входным (Input Gain) и/или выходным (Output Gain) усилителями. Эти усилители позволяют согласовывать входные и выходные уровни, однако нужно иметь в виду, что увеличение усиления по входу приводит к снижению всех порогов - как пороговых уровней компрессора, лимитера и т. п., так и порога перегрузки на то же число децибел, на которое увеличивается усиление. В аккуратно построенном приборе при увеличении входного усиления уменьшается и уровень приведенного ко входу шума. В то же время при уменьшении входного усиления, как правило, все уровни, в том числе и уровень входного шума, увеличиваются, а вот порог клиппирования по входу остается неизменным. Иначе говоря, любое отклонение усиления входного усилителя от единичного, особенно в сторону уменьшения, сужает динамический диапазон прибора по входу (и без того не слишком большой). Выходному усилителю в этом отношении легче - он, как правило, имеет дело со сжатым сигналом, динамический диапазон которого заметно меньше. Поэтому регулировку усиления по входу в хороших приборах часто вообще не предусматривают или же ограничивают ее пределы, например, от -6 дБ до +20 дБ. Выходной усилитель, как правило, регулируется от -20 до +20 дБ. Очень удобно, если эти усилители снабжены индикаторами клиппирования - даже одиночные перегрузки сразу становятся заметными.

⁶ Иногда указываются не постоянные времени, а скорости изменения усиления в децибелах за секунду. Постоянную времени r при этом можно оценить как r=10/Gs, где Gs - соответствующая скорость изменения усиления в децибелах за секунду.

⁷ Как легко подсчитать, при пороге начала лимитирования, равном - 20 дБм, и начале клиппирования по входу при +25 дБм так и должно быть. Однако порог лимитирования для упрощения схем частенько регулируется путем изменения усиления на входе лимитера с соответствующим снижением максимально допустимого уровня входного сигнала при снижении порога. Диапазон лимитирования у таких приборов не превышает 20 дБ, то есть при пороге лимитирования, равном -10 дБм, перегрузка по входу наступит уже при +10 дБм.

После столь подробного рассмотрения лимитера, который как исторически, так и по существу является предтечей компрессоров, надеюсь, разобраться в работе компрессоров будет намного проще.

Наиболее существенным отличием в условиях работы лимитера и компрессора является то, что если лимитер используется (точнее, должен использоваться)⁸  как "аварийный" прибор, который большую часть времени не вмешивается в проходящий через него сигнал, то компрессор почти все время в работе – сжимает проходящую через него программу. Поэтому заметность переходных процессов и искажений во время сжатия сигнала в компрессоре оказывается намного выше, чем в лимитере. Без преувеличения можно сказать, что качество компрессора на 90% определяется тем, насколько тщательно он сконструирован и настроен в отношении снижения заметности отрицательных сторон его деятельности. Именно поэтому на передней панели компрессора столько ручек и так велика зависимость получаемого результата от качества настройки этих ручек на конкретный сигнал.

В отличие от лимитера, который просто "не пускает" уровень сигнала выше определенного порога, компрессор работает хитрее: при увеличении уровня входного сигнала выходной уровень тоже увеличивается, но начиная с некоторого значения - медленнее, чем входной. Это очень хорошо видно на амплитудных характеристиках, приведенных на рис. 10 (а, б) — начиная с некоторого порогового уровня (англ. Treshold Level) сигнала на входе на каждый децибел прироста выходного сигнала, уровень входного сигнала приходится увеличивать больше, чем на один децибел. Это отношение называется коэффициентом компрессии (англ. Compression Ratio) и может регулироваться от 1:1 (отсутствие компрессии) до 10...50:1, когда компрессор практически превращается в лимитер. Следует сказать, что эти числа могут приводиться и в обратном порядке, например, 1:2 (читается "один к двум", а не "один-два в пользу..."), но, как нетрудно понять, при компрессии большее число обозначает число децибел, на которые надо увеличить входной сигнал, чтобы уровень на выходе вырос на число децибел, равное меньшему из этих чисел.

Рис. 10а. Амплитудная характеристика компрессора с «жестким» порогом. Здесь порог установлен на -20 дБм, а коэффициент компрессии – 2:1.

Рис. 10б. Компрессор с «мягким» порогом. Установки те же.

Еще один момент связан с тем, что амплитудные характеристики реальных компрессоров вместо резкого излома (англ. Hard Knee, рис. 10а) часто имеют плавный загиб (англ. Soft Treshold, или Soft Knee, рис. 10б). В этом случае коэффициент компрессии указывается для участка после загиба (плавный загиб амплитудной характеристики делает начало компрессии менее заметным). Другими особенностями компрессоров, отличающими их от лимитеров, являются, во-первых, широкие пределы регулировки порогового уровня, начиная с которого имеет место сжатие сигнала, а во-вторых, регулируемые постоянные времени срабатывания и восстановления. Следует также помнить, что компрессор – обычно не самый малошумящий элемент в тракте, поэтому входной сигнал (т.е. входное усиление) для него должен быть как можно большим (но, естественно, без искажений от перегрузок, небольшой запас оставить надо).

Как уже было сказано ранее, компрессор используется в основном с двумя целями: во-первых, это приведение уровня сигнала с инструмента к более или менее постоянному уровню для облегчения сведения, а во-вторых, для сжатия динамического диапазона входного сигнала, но при как можно меньшей заметности регулирования. В первом случае приходится использовать довольно большие коэффициенты компрессии (3:1...5:1) и не слишком низкий пороговый уровень (примерно от - 18 до 0 дБ). При этом весьма желательно, чтобы компрессор имел мягкий порог (Soft Knee). Также нужно тщательно подбирать постоянные времени и порог схемы управления компрессора, стремясь к повышению скорости его восстановления, но без возникновения заметных искажений (см. ниже). Как ни крути, звук при этом будет довольно монотонный, поэтому лучше не особенно усердствовать с коэффициентом сжатия. Внимательный слушатель может обратить внимание на то, что большинство коммерческих записей страдает именно этим недостатком – раздражающей монотонностью, когда уровень звука меняется всего на 3...6 дБ. Зачем копировать распространенную ошибку? Ведь даже на аудиокассете без проблем можно добиться динамики по крайней мере в 15-20 дБ. На компакт-диске тем более нет проблем с динамическим диапазоном, так что есть прямой резон поиграть уровнем – эмоциональное впечатление только выиграет от контраста. Динамика – это одно из самых дорогих выразительных средств, имеющихся у музыканта, и "зарезать" ее - по существу, убить музыку. (Сказанное, впрочем, не относится к "музыке для ног" - там важен как раз равномерный ритм, остальное служит подливкой к нему и большого значения не имеет).

Во втором случае порог⁹ ставится как можно ниже, если это возможно - то вплотную к уровню шума в сигнале, а степень сжатия выставляется очень малой, порядка 1,5:1 (проверяется не по шкалам на ручках, а по индикатору степени компрессии, показывающему, насколько уменьшился коэффициент усиления компрессора, то есть на сколько децибел сжимается динамический диапазон). Постоянные времени при этом лучше всего подобрать при повышенной (на время настройки) степени сжатия, чтобы лучше было слышно их влияние на работу компрессора. При аккуратной настройке работа почти любого сносного компрессора в этом режиме должна быть едва заметна. Звук при этом гораздо менее утомителен, иногда он кажется даже более натуральным, чем необработанный. Определенное значение имеет то, какой тип измерителя уровня сигнала применен для управления компрессором. Как и в лимитерах, здесь используются как пиковые, так и усредняющие измерители. На практике большее значение имеет не столько тип измерителя, сколько тщательность реализации схем управления в целом. При прочих равных условиях обычно более натуральный звук дают RMS или подобные ему измерители, хотя есть хорошо работающие компрессоры с самыми разными измерителями.

Что касается индикаторов - то, во-первых, любой приличный компрессор имеет индикатор степени компрессии (стрелочный или на светодиодах), который показывает, насколько снижается величина усиления при работе, и индикатор уровня проходящего сигнала. Индикатор уровня сигнала часто может коммутироваться как на вход, так и на выход прибора, сильно упрощая настройку уровней. Если применяется только один стрелочный прибор, то обычно его снабжают переключателем для выбора измеряемой величины. Кроме этого, для облегчения настройки порога часто вводят цветной индикатор текущего уровня сигнала - больше или меньше порога ("светофор"). Иногда еще добавляют индикаторы перегрузки по входу и выходу (Clip).

С регулировкой уровней ясность, надеюсь, наступила, а вот с регулировкой постоянных времени у многих возникают проблемы, поэтому я опишу этот процесс подробнее.

Как уже говорилось выше, время нарастания реальных музыкальных сигналов изменяется в довольно широких пределах - от миллисекунд (тысячных долей секунды) до десятых долей секунды. Если время срабатывания компрессора окажется заметно больше, чем время нарастания сигнала, то из-за того, что компрессор не будет успевать уменьшать усиление, появятся выбросы, воспринимающиеся на слух как "шлепки" или глухие щелчки¹⁰. Величина этих выбросов может быть достаточно большой (до 20 дБ и даже более), поэтому они очень неприятно искажают тембр звучания¹¹. При еще больших постоянных времени срабатывания (более 1/20 секунды, или 50 миллисекунд) процессы изменения громкости, вызванные работой компрессора, могут быть явно заметны на слух как плавное ослабление сигнала вслед за каждым громким звуком, причем при неудачной схеме управления сигнал в этот момент может стать слабее, чем до срабатывания компрессора¹².

⁸ Из этого правила есть два исключения: во-первых, когда лимитером (с быстрым восстановлением) обрабатывается речевой сигнал для целей оповещения или максимально громкого вещания при данной мощности звуковой установки. При этом полезно перед лимитированием обрезать весь низ ниже 200-400 Гц на 15 дБ, поднять на 2-3-4 кГц на 6 дБ, выше 5 кГц все "обвалить" и после этого прогейтовать сигнал. Во-вторых, лимитером можно сбить остроту тресков на старой грампластинке (впрочем, для этого есть лучшие методы) или чуть "придавить" (и слегка растянуть во времени) слишком звонкий колокольчик, треугольник и т. п.

⁹ Хорошо, если порог компрессии регулируется в диапазоне от -50...-60 дБм до +20 дБм. Меньший диапазон регулировки порога сужает возможности компрессора. Особенно плохо, если порог регулируется путем изменения усиления на входе – при понижении порога страдает перегрузочная способность и либо оказывается недостаточным диапазон компрессии входного сигнала (от порога до перегрузки), либо компрессор имеет чрезмерный шум.

¹⁰ Эти призвуки иногда обусловлены дефектом компрессора (прониканием управляющего напряжения в цепь сигнала), при этом подбор постоянных времени мало что дает. С таким прибором лучше не связываться - толку не будет (подарите эту железку теще!).

¹¹ Вопреки распространенному мнению, что тембр звучания определяется в основном спектральным составом звука, наибольшее влияние на тембр инструментов оказывает не абсолютное содержание гармоник, а закон изменения во времени их амплитуд и фаз по сравнению с основным тоном. Наиболее наглядная иллюстрация: запустите "задом наперед" запись энергичной игры на рояле - тембр совершенно преобразится, хотя спектральный состав, естественно, останется без изменений. Вообще, по моему мнению, главный критерий правильности настройки компрессора - это наибольшее правдоподобие тембра сигнала. Переходные процессы и "звон" уровня на выходе динамического процессора часто влияют на тембр сигнала не меньше, чем эквалайзер. А с другой стороны, иногда желательно получить как раз искажение тембра. В этом случае придется поэкспериментировать, правил здесь нет (может получиться, а может и не получиться).

¹² Этот дефект встречается довольно часто, особенно при обработке готового микса, когда зачастую приходится выставлять большие постоянные времени. Если вы прислушаетесь, то будете удивлены распространенностью этой ошибки – такие дефекты есть чуть ли не на каждом втором компакт-диске. Рецепт - не увлекайтесь компрессией готового микса!

С другой стороны, если время срабатывания (или восстановления) компрессора слишком мало, то для низкочастотных сигналов он будет недостаточно инерционен и усиление компрессора будет "вздрагивать" на каждой полуволне низкочастотного сигнала. Эти призвуки очень неестественны и неприятны на слух, особенно если через компрессор идет не только низкочастотный сигнал, но и другие среднечастотные сигналы, например, вокал или фортепиано. Первый случай проиллюстрирован на рис. 11а, а второй — на рис. 11б.

Рис. 11а. «Хлопающий»  компрессор (с провалом на громком звуке). Постоянная времени срабатывания установлена слишком большой для такого сигнала – около 30 миллисекунд, кроме того, в схеме управления возникают колебания. Такое поведение характерно для не слишком хороших компрессоров с обратной регулировкой.

Рис. 11б. Искажение сигнала с частотой 250 Гц в компрессоре с постоянной времени срабатывания около 8 миллисекунд (1/120 секунды) и времени восстановления 25 миллисекунд.

Ясно, что в каждом конкретном случае желательно найти компромисс между двумя крайностями. Это может быть сделано двояким образом. Первый вариант — использовать компрессор — автомат, постоянные времени которого сами подстраиваются под скорость нарастания входного сигнала. Несмотря на удобство, этот вариант – не из лучших, поскольку под маркой автоматического компрессора чаще всего скрывается компрессор, постоянные времени которого оптимизированы под вокал (а, значит, инструменты будут обрабатываться хуже).

Поэтому зачастую более предпочтителен¹³ второй вариант – использовать компрессор с ручной регулировкой времени срабатывания и спада, отпускания, предварительно настроив его. В качестве отправной точки можно принять время срабатывания (Attack Time) порядка 3...10 миллисекунд, далее - подобрать на слух, сообразуясь с характером инструмента¹⁴ . Часто у этой ручки есть положение Auto или же рядом торчит кнопка с таким названием. При этом должна включаться специальная схема, которая изменяет время срабатывания в зависимости от уровня входного сигнала или скорости его изменения, обеспечивая быструю реакцию на большие перепады уровня. У разных изготовителей различные взгляды на то, как в деталях это должно делаться, но общая идея одна и та же. Частенько, однако, эта кнопка просто-напросто устанавливает наименьшее время срабатывания. Режим Auto, так же, как и автоматический компрессор, следовало бы использовать с осторожностью, поскольку результат его включения не всегда предсказуем. Обычно автомат оправдывает себя только при записи "нервного" или неровного вокала, и то не всегда.

Время спада (Release Time или Decay Time) определяет, насколько быстро восстанавливается усиление компрессора после резкого спада уровня сигнала. Это время должно быть намного больше, чем интервал времени между гребнями волны наиболее низкочастотной составляющей в обрабатываемом материале, чтобы уменьшить искажения, возникающие из-за пульсаций коэффициента усиления (как и в лимитере).

При обработке программы, насыщенной басами, время спада приходится выставлять довольно большим, порядка двух-пяти секунд, поэтому после каждого пика уровня входного сигнала получаются характерные провалы в звуке, когда, к примеру, после удара барабана или вступления солирующего инструмента все остальные звуки проваливаются на задний план, что далеко не всегда желательно. Как и в лимитерах, в схемах управления компрессоров может использоваться "замораживание" сигнала управления на некоторое время (Hold Time). Практически его следует выставлять в пределах от 10...20 до 200 миллисекунд, тогда время спада может быть порядка 1/20... 1/5 секунды, в результате резко повышается быстродействие компрессора (что особенно важно на ударных и на голосе) и уменьшается заметность провалов уровня при сохранении допустимой величины искажений¹⁵. С другой стороны, повышение скорости восстановления подчеркивает естественную реверберацию, и это надо иметь в виду. Иногда вводят переключатель закона восстановления усиления – линейный или экспоненциальный (например, Linear/Exp Decay). Обычно приятнее работает линейный (в децибельном измерении) закон, но тут надо пробовать (особой разницы, правда, нет).

Вообще говоря, компрессоры гораздо лучше работают при обработке дорожки с единственным инструментом, нежели при попытке прогнать через компрессор готовый микс: для одного инструмента можно быстрее найти компромисс между значениями временных параметров компрессии, нежели для их смеси. Если все-таки нужно скомпрессировать готовое сведение, то следует поставить низкий порог начала компрессии (-20..25 дБ и ниже, чем ниже - тем лучше), и минимальную степень сжатия - примерно 1,5:1 или даже меньше (1,3:1), а уровень входного сигнала отрегулировать на максимально возможный до появления искажений (чтобы не загорались индикаторы клиппирования, если они предусмотрены), с тем чтобы получить максимально мягкое сжатие, но на большом диапазоне входных напряжений, набрав тем самым требуемую величину компрессии. Для настройки постоянных времени имеет смысл (только на время их настройки!) увеличить степень сжатия до 3...5:1, с тем, чтобы погрешности работы компрессора стали более заметными.

Еще одним больным местом компрессоров является обработка унисонов и переливов: амплитуда входного сигнала при этом сравнительно медленно меняется (как говорят радисты, имеют место биения), что с точки зрения схемы управления компрессором неотличимо от очень низкочастотного сигнала (с периодом в десятки раз больше, чем самые низкие ноты, как басовая труба тридцатидвухфутового органа). Поэтому унисоны лучше не обрабатывать обычным компрессором или же, если компрессия совершенно необходима, нужно стремиться выставлять максимальные постоянные времени восстановления и удержания при минимальной степени сжатия.

Из-за сложности взаимосвязи между параметрами компрессоров и качеством их звучания, которое сильно зависит от аккуратности настройки и поставленной цели¹⁶, я не взялся бы однозначно утверждать что-либо относительно качества звучания компрессора на основании стандартного набора паспортных данных - нужно тщательное изучение поведения схем управления компрессией в различных ситуациях. Для приблизительной оценки можно ориентироваться на цифры искажений и шума, приведенные выше для лимитеров, хотя никаких гарантий это не дает — изготовители умеют измерять и подавать параметры даже барахольного прибора таким образом, что придраться не к чему. К примеру, шум может быть измерен честно, но., при закрытом гейте, о чем сказано мелким шрифтом на другой странице. Когда-нибудь я напишу статью об этих "маленьких хитростях", тем более что в свое время сам попадался на удочку рекламных характеристик различных устройств, особенно акустики.

Кроме того, ряд параметров мало влияет на качество звука в большинстве применений. Например, малый шум, конечно же, желателен, но имеет смысл только в тихой студии – в противном случае внешний шум забьет его. Так же нет смысла ставить в шумном тракте бесшумный прибор.

Аналогично, если компрессируется сигнал с перегруженного микрофона или гитарной "примочки", то величина искажений компрессора значения не имеет. В такой ситуации и 1%, и 3% искажений практически незаметны. С другой стороны, при компрессировании готового микса уверенно заметны искажения порядка 0,1...0,2%.

Сказанное, конечно, не означает, что нужно брать самый плохой прибор — просто нужно соизмерять уровень (и цену) техники с реальными потребностями.

Сергей Агеев
Опубликовано в журнале «Шоу-мастер», №8, 1997 год

¹³ «Нормальный» компрессор (не автомат) предпочтительнее и в финансовом отношении - если вы не настолько богаты, чтобы иметь стойку с разными компрессорами, то вам с одним компрессором придется обрабатывать все - от голоса до барабанов и готового микса. Универсальный компрессор с ручной настройкой при этом, как правило, работает лучше автоматического.

¹⁴ На шкалы, нанесенные около ручек, в большинстве случаев не стоит обращать особого внимания - как правило, они весьма условны (плюс-минус километр). Индикаторы обычно гораздо точнее.

¹⁵ Эти искажения в англоязычной литературе называются PMD или PDD (Program Modulated Distortion или Program Depended Distortion) – программно-модулированные или программно-зависимые искажения. Наибольшую проблему вызывают искажения на низких частотах или унисонах, что послужило поводом для шутливой расшифровки "Processor Misuse Distortion".

¹⁶ Широко известная в узких кругах поговорка гласит: качество звука указывает на качество того, что находится на плечах у настройщика. К этому следует добавить, что если все работает нормально, то нечего крутить подряд все штучки - будет хуже и для звука, и для вашей репутации.